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本文主要介紹台達ASDA-B2伺服在水刀上的應用,主要包括:水刀切割的應用行業,其所具備的行業優勢;數控水刀的大概配置架構,以及懸臂架構對伺服定位精度和響應速度的高要求。
前言
人類自古就利用水流的衝擊力,製成水車、水(shui)磨(mo)等(deng)水(shui)力(li)機(ji)械(xie)。如(ru)果(guo)水(shui)流(liu)從(cong)高(gao)壓(ya)水(shui)槍(qiang)中(zhong)噴(pen)出(chu),其(qi)衝(chong)擊(ji)力(li)就(jiu)更(geng)大(da)。前(qian)蘇(su)聯(lian)用(yong)於(yu)采(cai)煤(mei)工(gong)業(ye),名(ming)曰(yue)水(shui)力(li)采(cai)煤(mei)。高(gao)速(su)噴(pen)出(chu)的(de)水(shui)流(liu)受(shou)阻(zu)於(yu)煤(mei)層(ceng),速(su)度(du)驟(zhou)然(ran)下(xia)降(jiang),頃(qing)刻(ke)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)衝(chong)擊(ji)力(li),使(shi)煤(mei)層(ceng)出(chu)現(xian)脆(cui)性(xing)斷(duan)裂(lie),完(wan)成(cheng)采(cai)煤(mei)作(zuo)業(ye)。受(shou)此(ci)啟(qi)發(fa),前(qian)蘇(su)聯(lian)科(ke)學(xue)家(jia)開(kai)發(fa)出(chu)高(gao)壓(ya)水(shui)噴(pen)流(liu)切(qie)割(ge)技(ji)術(shu),而(er)美(mei)國(guo)公(gong)司(si)取(qu)得(de)了(le)此(ci)項(xiang)技(ji)術(shu)的(de)專(zhuan)利(li)權(quan),使(shi)之(zhi)商(shang)品(pin)化(hua)。
水刀應用的行業麵非常廣泛,航空、汽車、石材、陶瓷、玻璃、金屬、混凝土等行業上,而隨著產品的成熟和應用麵的擴大,超高壓數控水切割機(水刀)zhujianjinruyigechengchangqi,zheyeyaoguigongyujixiegongyejinxieniandechangzufazhan,yituoyugenggaojingdudeshuzihuapingtai,keyiyingyongshuidaojinxingjingxijiagong,jiangshuiqiegeyingyongfanweikuozhandaoxingyegengjiaguangkuodejinshujiagonglingyu,erbushijinjinjuxianzaiboli、陶瓷、石材等材料的加工。

圖1 實際加工效果圖
以金屬切割為例,各種加工手段呈現百花齊放態勢,包括激光、火焰切割(等離子切割)、電火花切割、線xian切qie割ge等deng。各ge種zhong切qie割ge手shou段duan各ge有you優you勢shi,又you都dou存cun在zai一yi定ding的de局ju限xian性xing,各ge自zi占zhan領ling了le一yi部bu分fen市shi場chang。但dan在zai眾zhong多duo的de切qie割ge手shou段duan中zhong,水shui切qie割ge屬shu於yu一yi種zhong特te殊shu的de冷leng態tai切qie割ge,直zhi接jie利li用yong加jia磨mo料liao水shui射she流liu的de動dong能neng對dui金jin屬shu進jin行xing切qie削xue而er達da到dao切qie割ge目mu的de,切qie割ge過guo程cheng中zhong無wu化hua學xue變bian化hua,具ju有you對dui切qie割ge材cai質zhi理li化hua性xing能neng無wu影ying響xiang、無熱變形、切縫窄、精度高、切麵光潔、清潔無汙染等優點,可加工傳統手段無法加工的材料,如玻璃、陶瓷、複合材料、反光材料、化纖、熱敏感材料等。
隨sui著zhe人ren們men對dui水shui切qie割ge技ji術shu了le解jie的de進jin一yi步bu加jia深shen,市shi場chang逐zhu漸jian認ren識shi到dao水shui切qie割ge技ji術shu在zai金jin屬shu切qie割ge行xing業ye的de獨du特te優you勢shi。以yi激ji光guang切qie割ge為wei例li進jin行xing比bi較jiao,激ji光guang在zai金jin屬shu薄bo板ban切qie割ge方fang麵mian,其qi速su度du和he精jing度du要yao優you於yu水shui切qie割ge,但dan一yi般ban而er言yan,激ji光guang很hen難nan切qie割ge大da於yu16mm的金屬板(尤其是有色金屬),而且激光切割材料的周邊仍有一定的熱影響區;水刀切割金屬材料厚度一般可達50mm以上,並且對材料無任何影響,切割金屬的光潔度達1.6μm ,切割精度達±0.10mm,可ke用yong於yu精jing密mi成cheng形xing切qie割ge。此ci外wai,水shui切qie割ge在zai有you色se金jin屬shu和he不bu鏽xiu鋼gang的de切qie割ge方fang麵mian還hai有you著zhe獨du到dao之zhi處chu,無wu反fan光guang影ying響xiang和he邊bian緣yuan損sun失shi,再zai加jia上shang水shui刀dao對dui切qie割ge材cai料liao沒mei有you限xian製zhi。綜zong合he這zhe些xie因yin素su,很hen多duo早zao期qi選xuan擇ze激ji光guang或huo其qi它ta切qie割ge手shou段duan的de用yong戶hu轉zhuan而er選xuan用yong水shui切qie割ge。
由於“水刀”的數控平台采用滾珠絲杆、滾動直線導軌等精密傳動技術,控製精度都在+0.02mmyinei。tongshi,jiashashuisheliudepenzuiheqiegetoudejujiaoxingnengjichangshoumingdepenzuicailiaodejishutupo,peiyidagonglvchaogaoyaxitongdelianxupingwengongzuo,yingyongquanzidonggongsha、控砂和高壓水啟、停控製係統,使得“水刀”能24小時連續切割和自動加工。
在金屬切割行業中,追求高質量,高效率的直接成形加工,是目前國際上的主流發展趨勢,“水刀”切割機正是針對這種需求而在相關的技術應用上不斷創新:隨著包括精密滾珠絲杆、伺服電機、諧振減速單元等技術的出現,機床可以達到更高的位置精度、反(fan)向(xiang)間(jian)隙(xi)補(bu)償(chang)以(yi)及(ji)重(zhong)複(fu)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)的(de)提(ti)高(gao)。因(yin)此(ci),機(ji)床(chuang)製(zhi)造(zao)廠(chang)商(shang)將(jiang)更(geng)大(da)的(de)精(jing)力(li)投(tou)入(ru)到(dao)機(ji)床(chuang)幾(ji)何(he)誤(wu)差(cha)產(chan)生(sheng)的(de)原(yuan)因(yin)分(fen)析(xi)上(shang),通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)球(qiu)杆(gan)測(ce)量(liang)儀(yi)和(he)激(ji)光(guang)幹(gan)涉(she)儀(yi)等(deng)高(gao)精(jing)度(du)測(ce)量(liang)器(qi)具(ju)檢(jian)測(ce)機(ji)床(chuang)幾(ji)何(he)精(jing)度(du),並(bing)建(jian)立(li)誤(wu)差(cha)映(ying)射(she)表(biao)來(lai)給(gei)予(yu)精(jing)度(du)修(xiu)正(zheng),以(yi)此(ci)製(zhi)造(zao)高(gao)精(jing)度(du)機(ji)床(chuang)。數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)零(ling)部(bu)件(jian)材(cai)料(liao)和(he)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)、製造工藝、質量檢測手段是提高數控機床精度及穩定性的保證。
“水刀”更兼有強大的計算機輔助設計和控製功能,特別在“轉角和尖角”切割時自動減速,使得切割麵光潔圓滑,加之“水刀”切割具有“磨削”的特質,這使得“水刀”在切割質量和效率上都有了極大的變化和提高,而可直接用於金屬零件的成形切割加工。
下麵就以台達B2伺服在單臂懸梁架構數控水刀設備中應用為例,做簡單的介紹。如下:
工藝要求
1,X、Y軸最大運動速度:20 m/min,切割速度:0-8m/min。
2,切割精度:+/-0.1mm,直線度:+/-0.1mm,重複定位精度:±0.05mm。
3,XY真圓度:<80um。
4,設備運行低噪音,高響應。
方案配置架構:
1,上位機:歐洲/國產的數控係統均可,也有PC係統+軸卡控製。以位置控製模式為例。
2,驅動部分:采用台達B2伺服和電機。
具體型號為:X軸驅動器ASDA-B2-1021-B 電機 ECMA-C21310ES。
Y軸驅動器ASDA-B2-1021-B 電機 ECMA-C21310ES。 Z軸采用其他品牌步進驅動。
圖2 懸臂式數控水刀設備(3軸架構)
技術實現
由於上位機采用位置控製模式,所以伺服在速度和位置控製上要求響應要快而且精度要高。
圖3 台達B2伺服與電機
高響應
台達B2伺服優異的高速性能表現:速度響應頻寬為550Hz,命令整訂時間可達1ms以下。空載情況下,額定轉速-3000rpm至3000rpm加速時間隻需10ms。
高精度
台達B2伺服采用17-bit(160,000p/rev)高解析編碼器,滿足機台設備高精度定位控製及平穩低速運轉的應用要求。可接受高速差動脈波命令(4Mpps),達到高精度位置控製的設定。
共振抑製與低噪音
高響應時,運行中會產生噪音,那麼怎麼樣來消除呢?B2伺服具備強大的自動共振抑製功能,可以實現持續共振的抑製,也可以實現多達3個(ge)共(gong)振(zhen)點(dian)的(de)抑(yi)製(zhi)。這(zhe)樣(yang)省(sheng)去(qu)手(shou)動(dong)調(tiao)節(jie)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)振(zhen)動(dong)抑(yi)製(zhi)帶(dai)來(lai)的(de)麻(ma)煩(fan)。而(er)對(dui)於(yu)懸(xuan)臂(bi)梁(liang)架(jia)構(gou),就(jiu)容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)共(gong)振(zhen),所(suo)以(yi)有(you)了(le)這(zhe)個(ge)功(gong)能(neng),給(gei)客(ke)戶(hu)帶(dai)來(lai)了(le)很(hen)大(da)的(de)方(fang)便(bian)。
現在來看看應用台達B2伺服實際加工時偵測出的實際效果,如下圖:

圖4 真圓度測試
現場用的是球杆測試實際效果,真圓度達到57.9um<80um完全滿足客戶的要求。
伺服增益調整:采用B2自動增益調整和手動調整均可。
利用台達B2伺服強大的伺服調機軟件,方麵增益的調整與設置。
圖5 調機軟件
圖6 電櫃局部一覽結論
結論 由於懸臂的架構性導致設備在運行過程中重心是不穩定的,進而會產生機構的抖動和噪音,容易產生加工光潔度不好,而利用台達B2伺服高性能、低噪音、自動共振抑製的特點從而解決了這個問題,得到了客戶一致好評,目前已經在客戶處得到很好的使用,深得客戶之信賴。
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